《污染氣象學》課件：第三章4

1、第三章第三章 大氣擴散估算大氣擴散估算 3.3 模式計算參數(shù) 一、穩(wěn)定度分類 二、大氣擴散參數(shù) 三、風速 的計算 四、源強 的計算 五、煙氣有效高度H的計算 2222222)(exp2)(exp)2exp(2),(zzyzyHzHzyuQHzyxq；uQzy大氣擴散能力反射項下風向地面濃度 根據(jù)常規(guī)氣象資料來確定大氣擴散參數(shù) 的過程 根據(jù)常規(guī)氣象資料確定大氣擴散參數(shù)根據(jù)常規(guī)氣象資料確定大氣擴散參數(shù)，首先是根據(jù)Pasquill-Turner方法確定大氣穩(wěn)定度，然后由下風距離及研究地區(qū)特點（鄉(xiāng)村平坦地形、還是城市），分別利用Pasquill-Gifford曲線圖或Briggs城市擴散參數(shù)公式來確定

2、大氣擴散參數(shù)：1. 根據(jù)研究地區(qū)的地理緯度、時間地理緯度、時間確定太陽高度角太陽高度角，2. 由太陽高度角太陽高度角結合地面觀測云況云況（總云量/低云量）確定太陽輻射等級太陽輻射等級，3. 由太陽輻射等級太陽輻射等級和地面觀測的風速風速大小來確定大氣穩(wěn)定度類別大氣穩(wěn)定度類別。如為城市， 則需向不穩(wěn)定方向提級（根據(jù)城市規(guī)模，提一級或半級，因城市地區(qū)的湍流比鄉(xiāng)村的要大，因熱力湍流和機械湍流都大）。4. 根據(jù)研究地區(qū)是鄉(xiāng)村鄉(xiāng)村平坦地形，還是城市還是城市，確定采用那種擴散參數(shù)關系擴散參數(shù)關系：如為鄉(xiāng)村平坦地形，則利用Pasquill-Gifford曲線圖；如為城市地區(qū)，則采用Briggs城市擴散參數(shù)公

3、式。5. 根據(jù)確定的大氣穩(wěn)定度類別和擴散參數(shù)關系大氣穩(wěn)定度類別和擴散參數(shù)關系，得到大氣擴散參數(shù)計算公式大氣擴散參數(shù)計算公式。6. 根據(jù)下風距離和大氣擴散參數(shù)計算公式下風距離和大氣擴散參數(shù)計算公式，經(jīng)計算得到大氣擴散參數(shù)大氣擴散參數(shù)。zy 風速 的計算（地面10米風速外推到煙囪高度時的風速，利用冪指數(shù)率，超過200m用200m算），適用于平坦地區(qū)，在沿海，山區(qū)可能不適用，不同時間，如早晚的上下層結不一致米米200,)10200(200,)10(1010smsmshuuhhuuu穩(wěn)定度ABCD E F城市0.100.150.200.250.30鄉(xiāng)村0.070.070.100.150.25m值選擇

4、燃煤生成SO2的排放量為： QSO2=2*0.8*B*S=1.6BS（kg/h） B為耗煤量kg/h，S為煤的含硫量%，范圍 0.3-5%。 燃油生成SO2的排放量為： QSO2=2BS（kg/h） -全部燃燒 燃天然氣 ，可忽略 源強Q 的估算 煙氣有效高度HhhHs 有效高度H為煙囪幾何高度hs與煙氣抬升高度h之和。 有風彎曲煙流模型，抬升大致經(jīng)歷4個階段:噴出階段、浮升階段、瓦解階段和變平階段，最后達到煙流抬升高度h的終極抬升階段。垂直煙流，有噴出和浮升階段垂直煙流，有噴出和浮升階段 中性大氣彎曲煙氣抬升中性大氣彎曲煙氣抬升Briggs2/3路徑方程路徑方程 中性條件下，動量抬升與抬升時

5、間中性條件下，動量抬升與抬升時間1/3成正比，成正比， 浮力抬升與抬升時間浮力抬升與抬升時間2/3成正比成正比.一般一般- 用國標推薦公式用國標推薦公式GB/T13201-91 制定地方大氣污染物排放標準的技術方法制定地方大氣污染物排放標準的技術方法 我國標準推薦形式 在我國由國家環(huán)保局和國家技術監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)布的國家標準制定地方大氣污染物排放標準的技術方法GB/T13201-91，給出了抬升高度計算公式。該方案是以該方案是以三分之二次律為基礎三分之二次律為基礎，按我國專門的煙流抬升觀測試驗資料為依據(jù)，給出有關系數(shù)，結合國情給出計算公式和處理方法 I.當 千焦耳/秒，且煙氣溫度與環(huán)境氣溫的差值

6、其中： 2100HQ時K35asTTT1021uhQnhnsnH;35. 0sVHTTQpQp為氣壓，取鄰近氣象站的年平均值，hPa；Qv為實際排煙率，米3/秒；KT35千焦耳/秒地表狀況（平原地區(qū)）n0n1n2QH21000農村或城市遠郊區(qū)1.4271/32/3城區(qū)及近郊區(qū)1.3031/32/3農村或城市遠郊區(qū)0.3323/52/5城區(qū)近郊區(qū)0.2923/52/5210002100HQn0為煙氣熱狀況及地表狀況系數(shù)； n1為煙氣熱釋放率指數(shù)； n2為煙囪高度指數(shù)；u用冪次律換算到煙囪口m值選擇米米200,)10200(200,)10(1010smsmshuuhhuu穩(wěn)定度ABCD E F城市

7、0.100.150.200.250.30鄉(xiāng)村0.070.070.100.150.25 為源出口處(煙囪口高度處)平均風速，米/秒 。 uII. 當 千焦耳/秒時 式中 w0為煙氣出口速度，米/秒， D為煙囪出口內徑，米 。4001700)(121HQHHHhuQQDwHHH)1700(048. 0)01. 05 . 1 (20121001700HQ較小的類取表中計算按HQnH,2III. 當 千焦耳/秒或 時 IV. 對地面年平均風速 的地方 為排放源高度以上環(huán)境溫度垂直變化率， 取值不小于0.01K/米。 1700HQKT35uQDwh/ )01. 05 . 1 (2H0sm/5 . 183

8、41H)0098. 0(50. 5dzdTQhadzdTa 第三章 大氣擴散估算3.1 大氣擴散型與污染濃度分布 3.2 連續(xù)煙流高斯擴散模式3.3 模式計算參數(shù) 3.4 其它非擴散過程 干濕沉積和化學轉化影響 3.5 特殊氣象條件下的擴散計算 高斯模式 2222222)(exp2)(exp)2exp(2),(zzyzyHzHzyuQHzyxq；假定污染物是被動粒子運動與周圍氣塊完全相同。假定污染物在大氣中是保守的不因任何物理、化學過程而發(fā)生轉化，也不被清除。不符合實際情況 非擴散過程對大氣污染物散布的作用：1. 煙氣抬升，增加煙源有效高度。2. 干沉積、濕沉積和化學變化形成的遷移轉化，影響污

9、染物在大范圍內的收支平衡，改變污染物濃度分布，形成二次污染并造成對地面水和土壤的污染。3. 下墊面強迫自然氣流發(fā)生變形造成污染物輸送擴散規(guī)律的變化。大氣污染物清除的基本機制：（1）干沉積由地面的土壤、水、植物、建筑物等通過污染物質的重力沉降、碰撞與捕獲、吸收與吸附、光合作用或其它生物、化學、物理過程實現(xiàn)；（2）濕沉積由云、霧和降水（雨，雪等形式）等通過污染物質被吸收進入水滴或隨水滴被清除。（3）化學轉化-由一種物質轉換成另一種物質，它只是對原生污染物的清除，同時卻又滋生新的次生污染物。 3.4其它非擴散過程的影響 干濕沉積和化學轉化、放射性衰變一、沉積原因 重力沉積、碰撞作用 干沉積 湍流擴散

10、、布朗運動 沉積機理 靜電吸附、吸收 濕沉積：降水沖刷二、干沉積的模式化（干沉積下墊面清除）（1）大粒子的重力沉降大氣中各種處于氣溶膠狀態(tài)的粒子污染物有一定的尺度分布，對于粒徑大于10微米的大粒子在大氣中運動時會產生重力沉降。沉降速度比垂直湍流脈動速度小得多，可以不考慮重力沉降作用的影響。一般認為，粒徑大于20微米的粒子就有明顯的重力沉降速度，而對于粒徑2060微米范圍的粒子，粘滯性不大的情況下，可采用斯托克斯公式計算它們的末速度，其大小與粒子的密度有關。 粒子（10m）下沉速度,stocks公式表示：式中r為粒子半徑，為空氣密度，為粒子的密度，為空氣動力粘滯系數(shù)（1.810-4克/厘米秒）g

11、為重力加速度。grgrVag2292)(92a粒子沉降的影響：使煙云傾斜傾斜煙云模式粒子擴散仍用高斯型擴散公式，由于有重力沉降，將重力沉降的位移迭加到煙流軸線上去，于是煙流呈向下傾斜。 地面，軸線下移Vgt或H- Vgt z-H=z-(H- Vgt)=z-H+ Vgt x= t 上式稱為u22222exp)2exp(2zgyzyuxVHzyuQq22222)(exp)2exp(2),(zyzyHzyuQHzyxq；Vs與與Vg不同教科書的不同用法不同教科書的不同用法 地面有部分反射，則得到重力沉積的部分反射部分反射模式：用Vt綜合表示重力沉降 2222222)(exp2)(exp)2exp(2

12、ztztyzyuxVHzuxVHzyuQq大、中粒子Vt=Vg小粒子 Vt=0反射率0 1干沉積通量Wd:Vd為沉積速度（deposition velocity）一般取Vd=Vg(大顆粒重力沉降的末速度)沉積速度Vd與以下諸因素有關：1）被清除的粒子種類或物質；2）表征近地面層狀態(tài)的特性的氣象參數(shù)；3）地面本身的性質。);,(tzyxqVWdd干沉積速度的測量 氣體和顆粒物的vd的試驗測量值范圍很寬。干沉積速度的測量有三種途徑，多種方法。第一類，實驗室測量方法。 1）置器測量法。 2）風洞測量法。第二類，野外測量方法。 1）自然表面沉積法。 2）煙流衰減測量法。第三類，微氣象學測量方法。 1）

13、梯度測量法。 2）通量測量法。 三、濕沉積三、濕沉積降水清除降水清除大氣中的雨、雪等降水形式和其它水汽凝結物，如云霧霜等都能對空氣污染物，包括氣體和粒子起到清除作用，稱為降水清除或濕沉積。通常，把由降水造成的污染物清除過程稱為雨洗（或雪洗），這種過程將空氣污染帶到地面。按照降水清除過程發(fā)生所在高度分成云下清洗（washout）和云中清洗（rainout）。濕沉積過程與所涉及術語 四、化學轉換和空氣污染物的滯留與遷移排放進入大氣層的煙流中各種化學物質和大氣成分混合輸運，在適當?shù)臍庀髼l件下，如輻射、溫度、濕度和降水等，會發(fā)生化學反應以致變性或生成二次污染物，經(jīng)過在大氣層中一定時間的滯留而后遷移。涉

14、及到十分廣泛的大氣化學、降水化學、放射性化學以及地球化學和生物化學的研究領域。1）燃煤和工業(yè)排放SO2和NOx氧化生成硫酸鹽、硝酸鹽和臭氧等二次污染物；2）汽車廢氣和其它工業(yè)源排放HC化合物和NOx在太陽輻射作用下生成光化學煙霧；3）放射性污染物質的衰變與遷移；4）粒子和氣體污染物在干濕清除過程中的化學反應和各種途徑的遷移。煙囪排放煙流的物理過程和相應發(fā)生化學過程五、綜合濕沉積和化學轉化五、綜合濕沉積和化學轉化 濕沉積和化學轉化的影響很復雜，屬于大氣化學的研究范疇。濕沉積、化學轉化、衰變等，等當于清除使?jié)舛入S時間衰減： 為半衰期TTtqtqq)693. 0exp()exp(00六、總結六、總結

15、 綜合重力沉降、下墊面濕沉降、化學反應、放射性衰變等的影響，正態(tài)公式可寫為： 上式可全面認識污染物在大氣中的遷移、擴散和轉化過全面認識污染物在大氣中的遷移、擴散和轉化過程程2222222)-(exp2)(exp)693. 0exp()2exp(2ztztyzyuxVHzuxVHzuTxyuQq大氣擴散 第三章 大氣擴散估算考慮地面全反射的高斯模式擴散公式1、大氣擴散五種基本型 -環(huán)鏈型（穩(wěn)定，晴天中午）、錐型（中性，陰天多云，大風）、扇型（晴天的晚上）、屋脊型（日落）、漫煙型（上面穩(wěn)定，下面不穩(wěn)定，日出）。2、高斯模式 -假定污染物濃度分布為正態(tài)分布的擴散模式。3、大氣擴散能力 -指 4、煙團

16、模式 -瞬時點源的高斯模式。5、煙流模式 -連續(xù)點源的高斯模式。2222222)(exp2)(exp)2exp(2),(zzyzyHzHzyuQHzyxq；zyu6、常用大氣擴散模式 -高架連續(xù)點源地面濃度公式及其導出公式（y=0，z=0） 。 地面軸線濃度（y=0，z=0）、橫向積分濃度、最大地面濃度及出現(xiàn)距離7、高斯模式計算參數(shù) -源強Q、平均風速U、有效源高H、擴散參數(shù)y和z。8、Pasquill-Turner穩(wěn)定度分類方法 -根據(jù)地面常規(guī)氣象觀測資料，利用風速、云量和太陽高度角進行穩(wěn)定度分類的方法。9、大氣擴散參數(shù)的綜合經(jīng)驗規(guī)律 -通常指適用平原地區(qū)的Pasquill-Gifford曲線圖 及適用于城市地區(qū)的Briggs擴散參數(shù)。10、影響大氣擴散的非湍流過程 -主要包括煙氣抬升、干沉積、濕沉降、化學轉化、 放射性衰變等。1